前言：由于燃料電池堆體積(或質(zhì)量)定義差別較大，通常燃料電池堆功率密度可分為四層級(jí)別，分別為：活性面積層、電池組層、端板層和外殼層。以德國(guó)Elringklinger AG為例，其新一代NM5燃料電池堆的活性面積層級(jí)功率密度為8.1kW/L，電池組層級(jí)功率密度為4.6kW/L，端板層級(jí)功率密度為4kW/L。

(1)功率密度

功率密度分體積功率密度、質(zhì)量功率密度和面積比功率等，前兩者對(duì)于燃料電池堆和系統(tǒng)皆適用，單位一般為kW/L、kW/kg，面積比功率一般應(yīng)用于燃料電池膜電極。功率密度針對(duì)燃料電池堆使用場(chǎng)合較多，定義為燃料電池堆的峰值功率除以燃料電池堆的體積(或質(zhì)量)。

由于燃料電池堆體積(或質(zhì)量)定義差別較大，通常燃料電池堆功率密度可分為四層級(jí)別，分別為：活性面積層、電池組層、端板層和外殼層。以德國(guó)Elringklinger AG為例，其新一代NM5燃料電池堆的活性面積層級(jí)功率密度為8.1kW/L，電池組層級(jí)功率密度為4.6kW/L，端板層級(jí)功率密度為4kW/L。

注：動(dòng)力電池為儲(chǔ)能裝置，燃料電池為電化學(xué)發(fā)電站并非儲(chǔ)能裝置。因此，動(dòng)力電池和燃料電池通常分別采用能量密度和功率密度來(lái)體現(xiàn)其動(dòng)力特性。

(2) 防護(hù)等級(jí)

IP(Ingress Protection)防護(hù)等級(jí)系統(tǒng)是國(guó)際電工委員會(huì)起草，將電器依其防塵防濕之特性加以分類。通常，在國(guó)內(nèi)燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)品參數(shù)里可以看到“防護(hù)等級(jí) IP67”的說(shuō)明。IP防護(hù)等級(jí)由兩個(gè)數(shù)字組成，第一個(gè)數(shù)字表示電器防塵、防止外物侵入的等級(jí)；第二個(gè)數(shù)字表示電器防濕氣、防水浸入的密閉程度。兩個(gè)數(shù)字越大，表示防護(hù)等級(jí)越高。

某產(chǎn)品防護(hù)等級(jí)標(biāo)注


IP防護(hù)等級(jí)系統(tǒng)中，第一個(gè)數(shù)字最高為6，表示“完全防止外物及灰塵浸入”，第二個(gè)數(shù)字最高為8，表示“在深度超過(guò)1米的水中防持續(xù)浸泡影響且準(zhǔn)確的條件由制造商針對(duì)各設(shè)備指定”。

注：對(duì)于國(guó)內(nèi)燃料電池系統(tǒng)供應(yīng)商普遍標(biāo)注的“防護(hù)等級(jí) IP67”，其中第二個(gè)數(shù)字7表示“在深達(dá)1米的水中防30分鐘的浸泡影響”，『燃料電池干貨』團(tuán)隊(duì)通過(guò)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)尚無(wú)任何有關(guān)國(guó)內(nèi)燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)品的防塵防濕報(bào)道和實(shí)驗(yàn)，對(duì)這一標(biāo)注存疑。

(3) 低溫啟動(dòng)

低溫啟動(dòng)(Cold Start)又稱冷啟動(dòng)或低溫環(huán)境適應(yīng)能力(國(guó)內(nèi)有標(biāo)注：運(yùn)行環(huán)境溫度、工作環(huán)境溫度)，表示燃料電池從低于0℃以下的外界環(huán)境中啟動(dòng)的過(guò)程。燃料電池低溫啟動(dòng)能力的衡量指標(biāo)有啟動(dòng)最低溫度、啟動(dòng)過(guò)程耗能和啟動(dòng)時(shí)間等。

根據(jù)GB/T 33979-2017《質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)低溫特性測(cè)試方法》中定義，低溫啟動(dòng)過(guò)程為燃料電池系統(tǒng)從0℃以下的冷態(tài)達(dá)到輸出額定功率90%的過(guò)程。根據(jù)美國(guó)DOE技術(shù)報(bào)告，低溫啟動(dòng)過(guò)程為燃料電池系統(tǒng)從0℃以下的冷態(tài)達(dá)到輸出額定功率50%的過(guò)程。據(jù)『燃料電池干貨』調(diào)研，目前豐田和現(xiàn)代汽車公司在低溫啟動(dòng)指標(biāo)方面排名靠前。

國(guó)內(nèi)針對(duì)低溫啟動(dòng)使用普遍較多的是工作溫度區(qū)間、環(huán)境溫度區(qū)間、最低工作溫度、最低存儲(chǔ)溫度等，并且通常最低存儲(chǔ)溫度低于最低啟動(dòng)溫度。『燃料電池干貨』團(tuán)隊(duì)認(rèn)為最低存儲(chǔ)溫度和最低啟動(dòng)溫度并非國(guó)際主流標(biāo)注行為?；蛟S可以這樣認(rèn)為，以一次夜間低溫存儲(chǔ)和啟動(dòng)過(guò)程來(lái)說(shuō)，夜間環(huán)境溫度較低(對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)溫度)，啟動(dòng)時(shí)刻(早上)環(huán)境溫度較高(對(duì)應(yīng)啟動(dòng)溫度)。

注：國(guó)際上公布燃料電池低溫啟動(dòng)詳細(xì)過(guò)程的為豐田Mirai燃料電池汽車，其曾經(jīng)在加拿大黃刀鎮(zhèn)(Yellowknife)測(cè)出在35s和70s分別達(dá)到輸出額定功率60%和100%(環(huán)境最低溫度低于-30℃)。

(4) 耐久性

耐久性(durability)又稱壽命，表征燃料電池抵抗自身和自然環(huán)境雙重因素長(zhǎng)期破壞作用的能力，燃料電池壽命需要達(dá)到5000h才能滿足車用動(dòng)力系統(tǒng)要求。

美國(guó)DOE最新技術(shù)指標(biāo)中提出到2020年凈功率80kW的燃料電池堆和系統(tǒng)耐久性目標(biāo)為5000小時(shí)，規(guī)定在工作溫度不低于80℃和指定耐久性測(cè)試工況下額定功率衰減不大于10%。此外，歐盟聯(lián)合研究中心(JRC)也發(fā)布了適用于燃料電池核心組件MEA的耐久性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，日本NEDO也推出了關(guān)于燃料電池膜電極和電堆產(chǎn)品耐久性的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

DOE耐久性測(cè)試工況


國(guó)內(nèi)目前尚無(wú)燃料電池零部件及其系統(tǒng)耐久性的國(guó)家測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)『燃料電池干貨』公眾號(hào)調(diào)研到，目前由全國(guó)燃料電池及液流電池標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口上報(bào)并執(zhí)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃《車用質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)耐久性測(cè)試方法》已于2018年1月9日下達(dá)，項(xiàng)目周期2年，預(yù)計(jì)2020年正式發(fā)布。在國(guó)內(nèi)尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)前提下，尚無(wú)從得知相關(guān)企業(yè)發(fā)布耐久性或壽命有無(wú)參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

此外，『燃料電池干貨』公眾號(hào)獨(dú)家獲悉，由清華大學(xué)裴普成教授等人制定的質(zhì)子交換膜燃料電池堆壽命測(cè)評(píng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計(jì)明年發(fā)布設(shè)施，壽命加速測(cè)試可能達(dá)400小時(shí)(通過(guò)模擬真實(shí)衰減過(guò)程的加速老化測(cè)試可以降低時(shí)間和成本)。

注：豐田燃料電池車Mirai研發(fā)負(fù)責(zé)人曾表示，燃料電池使用壽命需要參考使用頻率和環(huán)境等因素，保守估計(jì)Mirai的燃料電池使用15年衰減15%左右。國(guó)內(nèi)鮮有燃料電池使用壽命的報(bào)道，媒體報(bào)道通常采用“**電堆耐久性突破5000小時(shí)”的頭條。